DE19633468B4

DE19633468B4 - Apparatus for treating liquid products

Info

Publication number: DE19633468B4
Application number: DE19633468A
Authority: DE
Inventors: Vaclav Feres
Original assignee: Feres Vaclav Dipl-Ing Sarasota
Current assignee: Feres Vaclav Dipl-Ing Sarasota
Priority date: 1995-09-02
Filing date: 1996-08-20
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2016-08-21
Also published as: JPH09103601A; CH691995A5; US5755924A; JP3964950B2; DE19633468A1

Abstract

Apparat zum Behandeln von flüssigen Produkten in einem Zentrifugalfeld, bestehend aus einem um eine Achse umlaufenden Rotor mit einem Boden, einer vom Boden nach außen ansteigenden, eine Behandlungsfläche bildenden Wandung, wenigstens einer nahe dem Boden mündenden Produkt-Einspeisung und einer nahe der Peripherie des Rotors angeordneten Produkt-Entnahme, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung zumindest auf einem Teil ihrer axialen Länge treppenförmig ausgebildet ist und jede Stufe einen Stufenwinkel im Bereich von etwa 90° aufweist.Apparatus for treating liquid products in a centrifugal field, comprising an axis-rotating rotor having a bottom, a bottom-outwardly-forming treatment surface forming wall, at least one product feed near the bottom, and near the periphery of the rotor arranged product removal, characterized in that the wall is formed step-shaped at least over part of its axial length and each stage has a step angle in the range of about 90 °.

Description

Die Erfindung betrifft einen Apparat zum Behandeln von flüssigen Produkten in einem Zentrifugalfeld, bestehend aus einem um eine Achse umlaufenden Rotor mit einem Boden, einer vom Boden nach außen ansteigenden, eine Behandlungsfläche bildenden Wandung, wenigstens einer nahe dem Boden mündenden Produkt-Einspeisung und einer nahe der Peripherie des Rotors angeordneten Produkt-Entnahme.The invention relates to an apparatus for treating liquid Products in a centrifugal field, consisting of one to one Axis rotating rotor with a bottom, rising from the ground to the outside, forming a treatment area Wall, at least one opening near the bottom product feed and a product removal located near the periphery of the rotor.

Apparate des vorgenannten Aufbaus werden zum Mischen, Emulgieren, Suspendieren und Dispergieren von feinen Partikeln in Flüssigkeiten sowie zum Entschäumen oder Entgasen von Flüssigkeiten und schließlich zum Verdampfen und Destillieren eingesetzt. Weite Verbreitung haben sie insbesondere als Zentrifugalverdampfer, weshalb nachfolgend auf diese Bauart exemplarisch eingegangen wird.Apparatus of the aforesaid construction are used for mixing, emulsifying, suspending and dispersing fine particles in liquids as well as for defoaming or degassing liquids and in the end used for evaporation and distillation. Have wide distribution in particular as a centrifugal evaporator, for which reason below this type is discussed as an example.

Zentrifugalverdampfer weisen glatte, konische bzw. kegelige Verdampfungsflächen auf und arbeiten nach dem Dünn schichtprinzip. Das im Zentrum aufgegebene Ausgangsprodukt breitet sich aufgrund der Zentrifugalwirkung auf der Verdampfungsfläche filmartig aus und wird während des dabei stattfindenden Wärme- und Stoffaustauschs allmählich zu einem Konzentrat eingedickt, das an der Peripherie der Verdampfungsfläche abgenommen wird. Die Schichtdicke auf der Verdampfungsfläche läßt sich bei vorgegebener Einspeisemenge im wesentlichen durch die Drehzahl der Verdampfungsfläche bestimmen bzw. durch Änderung der Einspeisemenge variieren.Centrifugal evaporators have smooth, conical or conical evaporation surfaces and work after the thin layer principle. The abandoned in the center output product spreads due the centrifugal action on the evaporation surface and becomes like a film while of the heat and substance exchange gradually thickened to a concentrate, which was removed at the periphery of the evaporation surface becomes. The layer thickness on the evaporation surface can be at a given feed quantity essentially determined by the speed of the evaporation surface or by change the feed quantity vary.

Die Verdampfungsleistung eines solchen Zentrifugalverdampfers wird durch die Wärmedurchgangzahl, die Verdampfungsfläche und die Temperaturdifferenz zwischen Heizmedium und Verdampfungstemperatur des Produktfilms bestimmt. Läßt sich die geforderte Endkonzentration mit einer einzelnen Verdampfungsfläche bei einem Durchlauf nicht erreichen, werden entweder mehrere Verdampfungsflächen axial übereinander angeordnet und wird das an der Peripherie der einen Verdampfungsfläche abgegebene Konzentrat auf die nächste Verdampfungsfläche aufgegeben ( US 4 683 026 ). Die Aufkonzentrierung erfolgt also in mehreren hintereinander geschalteten Stufen. Ein solcher mehrstufiger Verdampfer ermöglicht einen kontinuierlichen Betrieb.The evaporation performance of such a centrifugal evaporator is determined by the heat transfer coefficient, the evaporation area and the temperature difference between the heating medium and the evaporation temperature of the product film. If the required final concentration can not be achieved with a single evaporation surface in one pass, either several evaporation surfaces are arranged axially one above the other and the concentrate discharged at the periphery of the one evaporation surface is applied to the next evaporation surface ( US 4,683,026 ). The concentration takes place in several stages connected in series. Such a multi-stage evaporator enables continuous operation.

Eine andere Möglichkeit der Konzentrationssteigerung bietet der Umlaufverdampfer ( US 5 254 219 , GB 2 134 803 ). Bei diesem Verdampfertyp wird das an der Peripherie abgenommene Konzentrat gesammelt und wiederum im Zentrum der Verdampfungsfläche aufgegeben. Die Aufkonzentrierung erfolgt also in mehreren Umläufen. Solche Verdampfer arbeiten diskontinuierlich.Another possibility of increasing the concentration of the circulation evaporator ( US 5,254,219 . GB 2 134 803 ). In this type of evaporator, the concentrate removed at the periphery is collected and in turn given up in the center of the evaporation surface. The concentration thus takes place in several rounds. Such evaporators operate discontinuously.

Die Leistung solcher Zentrifugal-Dünnschichtverdampfer ist weiterhin durch folgende Phänomene beschränkt: Die Flüssigkeit wird in laminarer Strömung über die Verdampfungsfläche geführt. Der Wärmeaustausch zwischen der beheizten Verdampfungsfläche und der Flüssigkeit beschränkt sich im wesentlichen auf die Wärmeleitung und hängt damit von der Wärmeleitfähigkeit der Flüssigkeit ab, während sich der Stoffaustausch auf die molekulare Diffusion beschränkt. Auch das bei vielen Produkten gewünschte bzw. notwendige Entgasen, Entschäumen, Desodorieren und Desorbieren ist bei laminarer Strömung nur unzureichend möglich.The performance of such centrifugal thin-film evaporators is still due to the following phenomena limited: The liquid is in laminar flow over the Evaporation surface guided. The heat exchange between the heated evaporation surface and the liquid limited essentially to the heat conduction and hang hence of the thermal conductivity the liquid while off the mass transfer is confined to molecular diffusion. Also the desired with many products or necessary degassing, defoaming, deodorizing and desorbing is insufficiently possible with laminar flow.

Aufgrund der Flächenvergrößerung von innen nach außen nimmt die Schichtdicke der Flüssigkeit nach außen ab. Dabei besteht die Gefahr, daß der Flüssigkeitsfilm in den äußeren Bereichen aufreißt und die Flüssigkeit in Schlieren über die Fläche läuft. Dadurch kommt es zu Überhitzungen des Produktes. Dies wiederum kann zur Schädigung oder Zerstörung des Produktes sowie zu Anbackungen und damit zur Verunreinigung der Verdampfungsfläche führen. Diese Nachteile treten insbesondere bei starker Eindickung, d.h. starkem Konzentrationsanstieg nach außen auf.Due to the increase in area from the inside out takes the layer thickness of the liquid outward from. There is a risk that the liquid film in the outer regions ruptures and the liquid in streaks over the surface is running. Thereby it comes to overheating of the product. This in turn can damage or destroy the Product as well as caking and thus contamination of the Evaporation surface to lead. These disadvantages occur especially with heavy thickening, i. strong increase in concentration to the outside.

Werden solche Apparate mit rotierenden konischen Flächen zum Mischen, Emulgieren, Suspendieren oder Dispergieren eingesetzt, so hängt auch bei diesen Verfahren der Wirkungsgrad maßgeblich davon ab, daß auf der gesamten Behandlungsfläche eine geschlossene Produktschicht vorhanden ist, um den Stoffaustausch zu gewährleisten. Zudem führt eine nur laminare Strömung der Produktschicht zu einem unzulänglichen Wirkungsgrad. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Komponenten der Mischung stark unter schiedliche Dichte aufweisen, da der Rotor dann nach Art eines Separators arbeitet und die Komponenten in übereinanderliegenden Schichten über die Behandlungsfläche laufen.Are such apparatuses with rotating conical surfaces used for mixing, emulsifying, suspending or dispersing, so depends also in these methods, the efficiency significantly from that on the entire treatment area one closed product layer is present to the mass transfer to ensure. In addition, a leads only laminar flow the product layer to an inadequate efficiency. This especially if the components of the mixture are strong have under different density, since the rotor then in the manner of a Separators works and the components in superimposed layers over the treatment area to run.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Apparat mit umlaufendem Rotor derart auszubilden, daß ein größerer Wirkungsgrad erreicht wird, bei Mischvorgängen also eine wirksamere Durchmischung bei gleicher Leistung, bei Verdampfern eine erhöhte Flächenleistung und ferner bei Bedarf ein wirksames Entgasen oder Entschäumen des Produkts erreicht wird.The invention is based on the object an apparatus with rotating rotor in such a way that a greater efficiency is achieved in mixing operations So a more effective mixing at the same power, with evaporators an increased area performance and further, if necessary, effective degassing or defoaming of the Product is achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Behandlungsfläche zumindest auf einem Teil ihrer axialen Länge treppenförmig ausgebildet ist und jede Stufe einen Stufenwinkel im Bereich von etwa 90° aufweist.This object is achieved according to the invention solved, that the treatment area formed step-shaped at least over part of its axial length and each step has a step angle in the range of about 90 °.

Die treppenförmige Ausbildung der Behandlungsfläche zumindest auf einem Teil ihrer axialen Länge führt zu einer erheblichen Steigerung der Flächenleistung, die darauf beruht, daß sich an jeder Stufe folgender Vorgang abspielt: Die Flüssigkeit läuft im wesentlichen laminar auf den etwa vertikalen Abschnitt jeder Stufe auf, wird reflektiert und bildet einen Wirbel, der zum Aufbau einer turbulenten Strömung führt. Die innerhalb der Stufe befindliche Flüssigkeit bildet eine etwa parabolische Oberfläche mit einer turbulenten Kernströmung aus und läuft am oberen Ende der Stufe annähernd laminar über die nächsthöhere Stufenkante ab. Aufgrund der turbulenten Strömung innerhalb der Teilvolumina der Flüssigkeit in jeder Stufe wird der Wärme- und Stoffaustausch gegenüber einer rein laminaren Strömung erheblich verbessert.The step-shaped formation of the treatment surface over at least a portion of its axial length results in a significant increase in area performance due to the following process occurring at each stage: the liquid is substantially laminar to the approximately vertical portion of each stage, is reflected and forms a vortex, which leads to the build-up of a turbulent flow. The liquid within the stage forms an approximately parabolic surface with a turbulent core flow and runs at the upper end of the step approximately laminar over the next higher step edge. Due to the turbulent flow within the partial volumes of liquid in each stage, the heat and mass transfer compared to a purely laminar flow is significantly improved.

Ferner wird durch die turbulente Strömung das Entgasen, Entschäumen und Desodorieren begünstigt.Further, by the turbulent Flow that Degassing, defoaming and deodorization favors.

Die Art der Strömung auf jeder Stufe läßt sich durch die Drehzahl maßgeblich beeinflussen. Während in kleineren Drehzahlbereichen die Flüssigkeit die Stufe im wesentlichen ausfüllt und dabei die genannte parabolische Oberfläche bei nur mäßiger Turbulenz im Flüssigkeitskern annimmt, nimmt mit zunehmender Drehzahl das Flüssigkeitsvolumen innerhalb jeder Stufe ab, die Turbulenz aber gleichzeitig zu.The type of flow at each level can be understood the speed is decisive influence. While in smaller speed ranges, the liquid is essentially the stage fills and thereby the said parabolic surface with only moderate turbulence in the liquid core assumes, the fluid volume increases with increasing speed each level, but the turbulence at the same time.

Es ist zwar bei Dünnschichtverdampfern bekannt ( US 4 153 500 = DE 24 09 502 ), die aus Gründen eines guten Wärmeübergangs sehr dünne Verdampfungsfläche abzustufen oder wellenförmig auszubilden, um ihr eine höhere Tragfestigkeit zu verleihen. Die Profilierung ist jedoch bewußt sehr flach gewählt, um eine laminare Dünnschichtströmung zu gewährleisten.Although it is known in thin film evaporators ( US 4,153,500 = DE 24 09 502 ), which, for reasons of good heat transfer, scale or wave-form very thin evaporation surface to give it a higher load-bearing capacity. However, the profiling is deliberately chosen very flat to ensure a laminar thin-film flow.

Die Stufen können in üblicher Weise ausgebildet sein, d.h. aus einem Abschnitt, der im wesentlichen senkrecht zur Drehachse, also im wesentlichen horizontal verläuft, und einem weiteren Abschnitt der sich im wesentlichen parallel zur Drehachse und damit im wesentlichen vertikal erstreckt, bestehen.The steps can be designed in the usual way i.e. from a section which is substantially perpendicular to the axis of rotation, that is essentially horizontal, and another section which is substantially parallel to the axis of rotation and thus substantially extends vertically.

Die Verweilzeit der Flüssigkeit auf jeder Stufe und die sich dort einstellende Strömung lassen sich ferner durch die konstruktive Ausbildung der Stufen beeinflussen. So kann beispielsweise der eine Abschnitt der Stufe unter einem Winkel gegenüber der Normalen zur Drehachse verlaufen. Ist der Winkel positiv, d.h. steigt die Stufe von innen nach außen leicht an, strömt die Flüssig keit schneller ab. Dies geschieht in einer eher laminaren Strömung. Ist der Winkel hingegen negativ, fällt also die Stufenfläche nach außen ab, wird die Verweilzeit der Flüssigkeit auf jeder Stufe vergrößert, da die Stufe eine Art Flüssigkeitssack bildet.The residence time of the liquid at each stage and let the flow there further influenced by the structural design of the stages. For example, the one section of the step below a Angle opposite the normal to the axis of rotation. If the angle is positive, i. If the level rises slightly from the inside to the outside, the liquid flows faster. This happens in a more laminar flow. is the angle, on the other hand, is negative So the step surface after Outside From, the residence time of the liquid is on every level increases, since the stage a kind of liquid bag forms.

Ähnliche Effekte lassen sich dadurch erreichen, daß die im wesentlichen vertikalen Abschnitte jeder Stufe oder einzelner Stufen gegenüber der Drehachse unter einem Winkel β geneigt sind. Ist der Winkel β negativ, erhöht sich das Flüssigkeitsvolumen und die Verweilzeit der Flüssigkeit in der Stufe, wohingegen bei positivem Winkel β die Flüssigkeit schneller abströmt.Similar Effects can be achieved in that the substantially vertical Sections of each step or individual steps with respect to the axis of rotation inclined at an angle β are. If the angle β is negative, elevated the volume of liquid and the residence time of the liquid in the stage, whereas at a positive angle β the liquid flows off faster.

Schließlich läßt sich die Verweilzeit der Flüssigkeit und damit der Stoff- und Wärmeaustausch im turbulenten Bereich durch die geometrische Abmessung der Stufen beeinflussen, nämlich einerseits durch deren radiale Länge ΔR und deren axiale Höhe ΔL. Je kleiner das Verhältnis ΔR/ΔL ist, umso größer ist die Verweilzeit der Flüssigkeit auf jeder Stufe.Finally, the residence time of liquid and thus the mass and heat exchange in the turbulent range by the geometric dimension of the steps affect, namely on the one hand by their radial length .DELTA.R and their axial height ΔL. The smaller the ratio ΔR / ΔL is the so is larger the residence time of the liquid at every level.

Schließlich läßt sich die Art der Strömung – laminar oder turbulent – durch den Krümmungsradius r am Übergang zwischen dem horizontalen und dem vertikalen Abschnitt beeinflussen. Je größer der Krümmungsradius, umso eher stellt sich eine laminare Strömung am Übergang der Stufen ein, während ein kleiner Krümmungsradius eher zum Abreißen der Strömung an der Kante führt.Finally, the type of flow - laminar or turbulent - through the radius of curvature r at the transition between the horizontal and vertical sections. The greater the radius of curvature, the more likely is a laminar flow at the transition of the steps, while a small radius of curvature rather to tear off the flow leads on the edge.

Je nach Art des Produktes und der gewünschten Wirkung kann es von Vorteil sein, wenn die Behandlungsfläche auf einem Teil ihrer axialen Länge stufenförmig profiliert, im übrigen Bereich glattwandig ausgebildet ist.Depending on the type of product and the desired Effect, it may be beneficial if the treatment area on a part of its axial length stepwise profiled, by the way Is formed smooth-walled area.

Der glattwandige Teil kann sich im oberen Bereich befinden. Bei dieser Ausbildung erfolgt im Falle eines Verdampfers im unteren Bereich eine starke Aufkonzentrierung bzw. Eindickung des Produktes aufgrund der turbulenten Strömung in den Stufenräumen, während im oberen Bereich des Verdampfers mit der glattwandigen Verdampfungsfläche eine im wesentlichen laminare Strömung vorliegt, die zu einer schonenden Behandlung des zuvor aufkonzentrierten Produktes bis zum Erreichen der Endkonzentration führt. Eine umgekehrte Anordnung, also unten glattwandig und oben treppenförmig, kann sich beim Strippen empfehlen.The smooth-walled part can be in the upper area are located. In this training takes place in the case an evaporator in the lower area a strong concentration or thickening of the product due to the turbulent flow in the step rooms, while in the upper part of the evaporator with the smooth-walled evaporation surface a essentially laminar flow present, which leads to a gentle treatment of the previously concentrated Product until it reaches the final concentration. A reverse arrangement, so below smooth-walled and staircase-shaped above, can recommend stripping.

Die Stufen der treppenförmig ausgebildeten Behandlungsfläche können so gestaltet sein, daß die radial innen liegenden Kanten oder die radial außenliegenden Ecken der Stufen auf einem Paraboloid liegen, also eine von innen nach außen bzw. von unten nach oben zunehmende Steigung aufweisen.The steps of the step-shaped treatment surface can so be designed that the radial internal edges or the radially outer corners of the steps lying on a paraboloid, ie one inside out or from bottom to top have increasing slope.

In bevorzugter Ausführung ist der Rotor in einem geschlossenen Behälter untergebracht und die Drehachse durch den Behälter nach außen geführt, so daß die Behandlung der Flüssigkeit unter kontrollierten Umgebungsbedingungen erfolgt.In a preferred embodiment the rotor housed in a closed container and the axis of rotation through the container outward led, so that the Treatment of the liquid under controlled environmental conditions.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Apparat kann, wie schon gesagt zum Mischen (Emulgieren, Suspendieren und Dispergieren) sowie zum Entgasen und Entschäumen eingesetzt werden. Im Falle des Mischens können die die Mischung bildenden Komponenten gemeinsam über die Produkt-Einspeisung zugeführt werden. Stattdessen können die Komponenten auch über je eine getrennte Produkt-Einspeisung zugeführt werden. In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, wenn die Produkt-Einspeisungen in unterschiedlichem axialen Abstand zum Boden münden.The apparatus designed according to the invention can, as already mentioned for mixing (emulsifying, suspending and dispersing) as well as for degassing and defoaming be used. In the case of mixing, the components forming the mixture can be used together over fed the product feed become. Instead, you can the components also over each fed a separate product feed. In this case can It may be advantageous if the product feeds in different open axial distance to the ground.

Für Verdampfungsvorgänge aber auch zur Behandlung von Produkten, die eine höhere Viskosität aufweisen oder erst bei erhöhter Temperatur in die flüssige Phase übergehen, ist der Apparat vorzugsweise so ausgebildet, daß die die Behandlungsfläche bildende Wandung beheizt ist.For Evaporation processes but also for the treatment of products that have a higher viscosity or only at elevated Temperature in the liquid Phase over, the apparatus is preferably designed so that the treatment surface forming Wall is heated.

Bei Verwendung des Apparates als Zentrifugalverdampfer ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Rotor ein etwa zylindrisches Gehäuse aufweist, in das die eine Verdampferfläche bildende Wandung eingesetzt ist, und daß der Raum zwischen dem Gehäuse und der Verdampferfläche einen Heizraum bildet. In den Heizraum wird vorzugsweise ein dampfförmiger Wärmeträger eingespeist.When using the apparatus as a centrifugal evaporator is preferably provided that the rotor has an approximately cylindrical housing into which the wall forming an evaporator surface is inserted, and that the space between the Ge housing and the evaporator surface forms a boiler room. In the boiler room, a vaporous heat carrier is preferably fed.

Der an der treppenförmigen Außenseite der Verdampfungsfläche in Form von Tropfen kondensierende Wärmeträger wird aufgrund des Umlaufs des Rotors zentrifugal beschleunigt und abgeschleudert und prallt auf die gegenüberliegende Innenseite der Außenwand des Rotors und läuft dort nach unten ab. Aufgrund der treppenförmigen Ausbildung setzt die Tropfenkondensation schon bei wesentlich niedrigerer Drehzahl ein als bei einer glattwandigen Verdampfungsfläche.The at the staircase outside the evaporation surface in the form of drops of condensing heat transfer fluid is due to circulation centrifugally accelerated and thrown off and bounces on the opposite Inside of the outer wall of the rotor and running down there. Due to the staircase-shaped formation is the drop condensation even at much lower speed than in a smooth-walled Evaporation surface.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Verdampfungsfläche hat nicht nur die beschriebenen thermodynamischen und strömungsdynamischen Vorteile, sondern führt bei gleichem Durchmesser auch zu einer erheblichen Steigerung der bei der Verdampfung wirksamen Oberfläche.The inventive design of the evaporation surface has not only the described thermodynamic and fluid dynamics advantages, but leads at the same diameter also to a considerable increase in in the evaporation effective surface.

Ein solchermaßen ausgebildeter Verdampfer läßt sich nicht nur zum Aufkonzentrieren bzw. Eindicken von beliebigen Flüssigkeiten, insbesondere organischen Flüssigkeiten verwenden, sondern beispielsweise auch zur Biosynthese von Polysacchariden, zur Polykondensation von Polyester etc.Such a trained evaporator can be not only for concentrating or thickening any liquids, especially organic liquids but also, for example, for the biosynthesis of polysaccharides, for the polycondensation of polyester etc.

Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispielen beschrieben. In der Zeichnung zeigen:The invention is based on the following described in the drawing reproduced embodiments. In the drawing show:

1 einen schematischen Schnitt des Rotors eines Zentrifugalverdampfers; 1 a schematic section of the rotor of a centrifugal evaporator;

2 einen vergrößerten Teilschnitt der Verdampfungsfläche gemäß 2; 2 an enlarged partial section of the evaporation surface according to 2 ;

3 einen der 2 entsprechenden Teilschnitt einer anderen Ausführungsform der Verdampfungsfläche und 3 one of the 2 corresponding partial section of another embodiment of the evaporation surface and

4 eine schematische Ansicht des Rotors eines Mischers. 4 a schematic view of the rotor of a mixer.

1 zeigt einen Verdampfer 1 in einem schematischen Schnitt. Der Verdampfer 1 weist einen Rotor 2 auf. Der Rotor läuft entsprechend dem Pfeil 3 in einem nicht gezeigten Behälter um. 1 shows an evaporator 1 in a schematic section. The evaporator 1 has a rotor 2 on. The rotor runs according to the arrow 3 in a container, not shown around.

Der Rotor 2 weist als Behandlungsfläche 4 eine Verdampfungsfläche auf, die einen Wärmeträgerraum 5 nach oben begrenzt. Das vorzugsweise dampfförmige Heizmedium wird beispielsweise über den Stutzen 6 in den Wärmeträgerraum eingespeist und das Kondensat verläßt diesen über ein Schälrohr 7. Mit dem Stutzen 6 ist der Rotor 2 im Boden des nicht gezeigten geschlossenen Behälters drehbar gelagert.The rotor 2 indicates as a treatment area 4 an evaporation surface, which has a heat transfer space 5 limited to the top. The preferably vaporous heating medium is for example via the nozzle 6 fed into the heat transfer space and the condensate leaves this via a peeling tube 7 , With the neck 6 is the rotor 2 rotatably mounted in the bottom of the closed container, not shown.

Das aufzukonzentrierende bzw. einzudickende Produkt wird im Zentrum der rotationssymmetrischen Verdampfungsfläche entsprechend dem Richtungspfeil 8 eingespeist und nahe der Drehachse auf den Boden 9 der Verdampfungsfläche aufgegeben. Das Produkt wird zentrifugal beschleunigt, strömt dann unter zunehmender Aufkonzentrierung auf der Verdampfungsfläche nach oben und wird an deren Peripherie entsprechend dem Richtungspfeil 11 als Konzentrat abgegeben bzw. von einem Schälrohr abgenommen, während die Brüden in dem Behälter aufgefangen und abgeleitet werden.The product to be concentrated or thickened is in the center of the rotationally symmetrical evaporation surface according to the directional arrow 8th fed and near the axis of rotation on the ground 9 abandoned the evaporation surface. The product is centrifugally accelerated, then flows upward with increasing concentration on the evaporation surface and becomes at the periphery according to the directional arrow 11 discharged as a concentrate or removed from a peeling tube, while the vapors are collected and discharged in the container.

Die Verdampfungsfläche ist treppenförmig ausgebildet und besteht aus mehreren Stufen 14, die mit zunehmendem Abstand R von der Drehachse ansteigend angeordnet sind. Die Innenkanten der Stufen 14 liegen auf einer Hüllfläche 15, die eine Kegelfläche, ein Paraboloid oder eine beliebige andere Fläche dritter Ordnung bildet. Die Tiefe der Stufen ist mit ΔR, die Höhe der Stufen mit ΔL bezeichnet, wobei L die axiale Höhe der Verdampfungsfläche ist.The evaporation surface is stepped and consists of several stages 14 , which are arranged increasing with increasing distance R from the axis of rotation. The inner edges of the steps 14 lie on an envelope surface 15 which forms a conical surface, a paraboloid or any other third-order surface. The depth of the steps is indicated by ΔR, the height of the steps by ΔL, where L is the axial height of the evaporation surface.

Auf der Verdampfungsfläche bildet sich eine Mischströmung mit überwiegend turbulentem Anteil. Dies ist in 2 näher gezeigt. Die bei 8 aufgegebene Flüssigkeit wird aufgrund des Umlaufs des Rotors 2 auf dem Boden 9 der Verdampfungsfläche zentrifugal beschleunigt und trifft auf den im wesentlichen vertikalen Abschnitt 16 der ersten Stufe 14 auf. Die Flüssigkeit wird dort abgebremst und reflektiert, so daß sich entlang des vertikalen Abschnittes eine Wirbelströmung ausbildet, die erst im oberen Bereich des vertikalen Abschnittes 16 im Bereich der innenliegenden Kante 17 der Stufe in eine laminare Strömung übergeht, die sich auf dem im wesentlichen horizontalen Abschnitt 18 der Stufe fortsetzt, um im Bereich der äußeren Ecke 19 bzw. dem vertikalen Abschnitt 16 der nächsten Stufe 14 wiederum abgebremst zu werden.On the evaporation surface, a mixed flow is formed with predominantly turbulent portion. This is in 2 shown closer. The discontinued at 8 liquid is due to the circulation of the rotor 2 on the ground 9 centrifugally accelerates the evaporation surface and strikes the substantially vertical section 16 the first stage 14 on. The liquid is decelerated and reflected there, so that along the vertical section forms a vortex flow, which only in the upper part of the vertical section 16 in the area of the inner edge 17 the stage merges into a laminar flow, resting on the substantially horizontal section 18 the stage continues to be in the area of the outer corner 19 or the vertical section 16 the next stage 14 to be slowed down again.

Es bildet sich somit am jeweils vertikalen Abschnitt 16 jeder Stufe 14 eine turbulente Strömung im Bereich 20 aus, die je nach Drehzahl des Rotors eine mehr oder weniger große radiale Dicke aufweist. Diese radiale Dicke der turbulenten Strömung nimmt zu den innenliegenden Kanten 17 der Stufen ab, geht dort unter Unständen in eine laminare Strömung über, die auch noch auf dem anschließenden horizontalen Abschnitt 18 vorliegt.It thus forms on each vertical section 16 every level 14 a turbulent flow in the area 20 from, depending on the speed of the rotor has a more or less large radial thickness. This radial thickness of the turbulent flow increases to the inner edges 17 From the steps, it merges under circumstances in a laminar flow, which also on the subsequent horizontal section 18 is present.

Die Verweilzeit der Flüssigkeit auf jeder einzelnen Stufe läßt sich nicht nur durch die Drehzahl des Rotors 2 beeinflussen, sondern auch durch die geometrische Ausbildung der Stufen. So ist die Verweilzeit auf jeder Stufe umso größer, je größer das Verhältnis ΔL/ΔR (siehe 1) der Stufen ist, wobei davon ausgegangen wird, daß die vertikalen Abschnitte 16 parallel zur Drehachse und die horizontalen Abschnitte 18 senkrecht zu ihr verlaufen.The residence time of the liquid on each individual stage is not only due to the speed of the rotor 2 but also by the geometric formation of the stages. Thus, the larger the ratio ΔL / ΔR (see 1 ) of the steps, assuming that the vertical sections 16 parallel to the axis of rotation and the horizontal sections 18 run perpendicular to her.

Eine weitere Möglichkeit der Beeinflußung der Verweilzeit und der Strömungsverhältnisse ist in 3 gezeigt. Während die oberste Stufe 14 in gleicher Weise ausgebildet ist wie in 2, weist die darunter liegende Stufe 14 einen achsparallelen vertikalen Abschnitt 16, jedoch einen Abschnitt 21 auf, der gegenüber der Normalen zur Drehachse 10 um den Winkel α– geneigt ist. Dadurch entsteht eine Art Sack, in dem sich eine größere Menge an Flüssigkeit ansammeln kann. Eine noch größere Verweilzeit der Flüssigkeit auf jeder Stufe ergibt sich dann, wenn, wie bei der untersten Stufe angedeutet, die Wange 22 der Stufe 14 unter einem Winkel –β gegenüber der Drehachse verläuft. Die in den Stufen 14 aufgestaute Flüssigkeit nimmt eine parabolische Oberfläche 23 ein.Another possibility of influencing the residence time and the flow conditions is in 3 shown. While the top step 14 is formed in the same way as in 2 , indicates the level below 14 an axis-parallel vertical section 16 but a section 21 on, the opposite to the normal to the axis of rotation 10 is inclined at the angle α-. This creates a kind of sack in which a larger amount of liquid can accumulate. An even greater residence time of the liquid at each stage results when, as indicated at the lowest level, the cheek 22 the stage 14 extends at an angle -β with respect to the axis of rotation. The in the steps 14 pent Liquid takes on a parabolic surface 23 on.

Wie ohne weiteres aus 3 zu schließen, kann die Verweilzeit der Flüssigkeit auf jeder Stufe gegenüber der Anordnung gemäß 2 dadurch vermindert werden, daß die horizontalen Abschnitte unter einem Winkel + α und/ oder die vertikalen Abschnitte unter einem Winkel +β angeordnet sind. Auch lassen sich beide konstruktiven Maßnahmen miteinander kombinieren.How easy 3 To conclude, the residence time of the liquid at each stage with respect to the arrangement according to 2 be reduced in that the horizontal sections at an angle + α and / or the vertical sections are arranged at an angle + β. Also, both constructive measures can be combined.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 liegen die Ecken der Stufen auf einer Kegelfläche 15. Aus der Darstellung der 1 ist aber ohne weiteres ersichtlich, daß bei einer parabolischen Hüllfläche die Höhe ΔL der Stufen und damit auch die Verweilzeit der Flüssigkeit von unten nach oben zunimmt. Auch kann es im Bedarfsfall angebracht sein, die Verdampfungsfläche bereichsweise glattwandig auszubilden.In the embodiment according to 1 The corners of the steps lie on a conical surface 15 , From the representation of 1 but it is readily apparent that in a parabolic envelope the height .DELTA.L of the stages and thus also the residence time of the liquid increases from bottom to top. It may also be appropriate, if necessary, to form the evaporation surface partially smooth-walled.

Schließlich läßt sich die Art der Strömung am Übergang der im wesentlichen horizontalen Abschnitte 18 in die vertikalen Abschnitte 16 durch den Krümmungsradius r beeinflussen. Je größer dieser Krümmungsradius ist, umso eher stellt sich am Übergang eine laminare Strömung ein, während die Strömung eher abreißt bzw. turbulent wird, wenn der Krümmungsradius r sehr klein ist.Finally, the nature of the flow at the transition of the substantially horizontal sections 18 in the vertical sections 16 influenced by the radius of curvature r. The larger this radius of curvature, the more likely the laminar flow will be at the transition, while the flow tends to break off or become turbulent when the radius of curvature r is very small.

Das dampfförmige Heizmedium im Wärmeträgerraum 5 kondensiert an der Außenseite der treppenförmigen Verdampfungsfläche in Tropfenform. Aufgrund des Umlaufs des Rotors 2 werden die Tröpfchen zentrifugal abgeschleudert, wie dies mit den Richtungspfeilen angedeutet ist, und prallen auf die Innenseite der Außenwand des Rotors 2. Dort laufen sie nach unten ab und das sich in Bodennähe des Rotors sammelnde Kondensat wird von dem Schälröhr 7 aufgenommen und durch den Stutzen 6 nach außen geleitet.The vaporous heating medium in the heat transfer chamber 5 condenses on the outside of the staircase-shaped evaporation surface in droplet form. Due to the circulation of the rotor 2 The droplets are centrifugally thrown off, as indicated by the directional arrows, and impinge on the inside of the outer wall of the rotor 2 , There they run downwards and the condensate collecting near the bottom of the rotor is picked up by the peeling pipe 7 picked up and through the neck 6 directed to the outside.

4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Mischers zum Mischen, Emulgieren oder Suspendieren von Flüssigkeiten untereinander oder Dispergieren von Partikeln in Flüssigkeiten. Der Rotor 2 weist auch hier einen Heizraum 5 auf, um viskose oder bei Raumtemperatur pastöse Produkte, die erst bei erhöhter Temperatur ausreichend fließfähig sind, mischen zu können. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die Mischung aus drei Komponenten. Zwei Komponenten werden, wie mit den Pfeilen 24 und 25 angedeutet, auf den Boden 9 der Behandlungsfläche 4 aufgegeben, während die dritte Komponente, wie mit dem Pfeil 26 angedeutet, auf der ersten Stufe 14 zugeführt wird. Die fertige Mischung wird an der Peripherie der treppenförmigen Behandlungsfläche 4 mit einem Schälrohr abgenommen. 4 shows an embodiment of a mixer for mixing, emulsifying or suspending liquids with each other or dispersing particles in liquids. The rotor 2 also has a boiler room here 5 to be able to mix viscous or at room temperature pasty products that are sufficiently fluid only at elevated temperature. In the embodiment shown, the mixture consists of three components. Two components become, as with the arrows 24 and 25 indicated on the floor 9 the treatment area 4 abandoned while the third component, as with the arrow 26 hinted at the first stage 14 is supplied. The finished mixture is at the periphery of the staircase-shaped treatment surface 4 removed with a peeling tube.

Die rotierende Behandlungsfläche kann zusätzlich oder ausschließlich zum Entgasen bzw. Entschäumen von flüssigen Produkten verwendet werden, da aufgrund des Zentrifugalfeldes eine Trennung von Flüssigkeit und Gas stattfindet.The rotating treatment surface can additionally or exclusively for degassing or defoaming of liquid Because of the centrifugal field a Separation of liquid and gas takes place.

Claims

Apparatus for treating liquid products in a centrifugal field, comprising a rotor rotating around an axis with a bottom, a bottom-outwardly-forming treatment surface forming wall, at least one product feed near the bottom, and near the periphery of the rotor arranged product removal, characterized in that the wall is formed step-shaped at least over part of its axial length and each stage has a step angle in the range of about 90 °.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the one section ( 18 ) of the steps ( 14 ) substantially perpendicular to the axis of rotation ( 10 ) of the rotor and the other section ( 16 ) runs substantially parallel to the axis of rotation.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the one section ( 18 ) of the steps ( 14 ) at an angle to the normal to the axis of rotation ( 18 ) is inclined.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the other section ( 16 ) of the steps ( 14 ) at an angle to the axis of rotation ( 10 ) are inclined.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the radial length ΔR of the steps ( 14 ) is variable.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the axial height ΔL of the steps ( 14 ) is variable.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the radius of curvature r at the transition between the two sections ( 16 ) and (18) of the stages ( 14 ) is variable.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the wall on a part of its axial length stepwise profiled, by the way Is formed smooth-walled area.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the radially inner edges ( 17 ) or the radially outer corners ( 19 ) of the steps ( 14 ) lie on a paraboloid.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the rotor in a closed container arranged and the rotation axis is guided through the container to the outside.

Apparatus according to claim 1, characterized gekenn characterized in that it is used for mixing, dispersing, degassing or defoaming.

Apparatus according to claim 11, namely Mixer, characterized in that the forming the mixture Components together over fed the product feed become.

Apparatus according to claim 11, namely Mixer, characterized in that the forming the mixture Components over each fed a separate product feed.

Apparatus according to claim 13, characterized in that the product feeds open at different axial distance to the ground.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the treatment areas forming wall is heated.

Apparatus according to claim 15, namely Centrifugal evaporator, characterized in that the rotor an approximately cylindrical housing in which the wall forming an evaporating surface is inserted is, and that the Space between the case and the evaporator surface forms a boiler room.